專利名稱：一種高溫超導電機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電機技術(shù)領域，特別涉及一種電樞繞組采用高溫超導導線，轉(zhuǎn)子采用 傳統(tǒng)勵磁線圈或者超導磁體、或者永磁體的高溫超導電機。
背景技術(shù)：
高溫超導材料在1986年被發(fā)現(xiàn)以來，科研人員就構(gòu)想利用高溫超導材料來制造 高性能電機。在此之前也有低溫超導電機面世，但由于其昂貴的成本始終沒有商業(yè)化。但高 溫超導體與低溫超導體相比，具有載流能力強，臨界溫度高，磁場下性能相對較好的優(yōu)勢， 因此受到人們的廣泛關注。本專利所涉及的高溫超導電機(HTS電機)是指用高溫超導導線線圈代替常規(guī)銅 導線線圈作為電機的勵磁繞組或電樞繞組(也有用高溫超導塊材代替永磁體，但這種HTS 電機并不普遍)而制成的新型高性能電機。高溫超導材料具有高載流密度的特性，可以突 破鐵磁材料飽和磁密的限制，從而有效提高電機的功率密度，減小體積和降低重量。與常規(guī)銅導線制成的電機相比，高溫超導電機具有以下優(yōu)勢(1)體積小，重量輕，功率密度高。高溫超導導線通電能力(電流密度)要比銅導線大100倍以上，因此用高溫超導 導線制成的HTS電機繞組的重量和體積要比常規(guī)電機的小得多。另外常規(guī)電機所用到的鐵 芯的飽和磁感應強度一般小于2特斯拉，而HTS電機的高溫超導繞組可產(chǎn)生大于5特斯拉 的磁場強度。因而HTS電機的功率密度可以比常規(guī)電機的高得多，其體積和重量可以做到 只有常規(guī)電機的30% 50%。(2)效率高。高溫超導導線電流密度比銅導線高約2個數(shù)量級，且?guī)缀鯚o焦耳熱損耗。一臺4MW 的HTS電機效率高達98.7%，比同級別的常規(guī)電機高出約2.0%。低功率輸出時效率依然
很 高。(3)其他優(yōu)勢如噪音小，維護相對簡單等。高溫超導電機有直流電機、交流同步電機、直線電機、磁阻電機等多種形式。高溫 超導導線通過直流電流時的損耗極小、可以忽略，但在交流情況下會有較明顯的損耗，如果 不在結(jié)構(gòu)上加以創(chuàng)新和優(yōu)化，這些額外損耗會大幅度抵消采用超導材料獲得的效率提高， 甚至妨礙高溫超導電機的正常運行。因此在應用高溫超導導線時，人們主要將其用于直流 場合，盡量避免用于交流場合。至今為止，世界上研究開發(fā)的高溫超導電機絕大多數(shù)是直流 同步電機，其結(jié)構(gòu)通常是轉(zhuǎn)子為高溫超導導線繞制的直流勵磁繞組，定子電樞繞組由于要 通過交流電，用常規(guī)銅線圈繞制而成。為了充分發(fā)揮超導導線的優(yōu)點，最好能使其能的得到 廣泛使用。然而大多數(shù)電機都有交流或準交流(交流分量)繞組，因此，解決高溫超導導線 在交流場合的應用所遇到的問題對超導電機的大規(guī)模應用十分重要。另外高溫超導電機的超導部分需要低溫環(huán)境，這需要有良好的絕熱手段。在超導 器件中的絕熱層通常是由中間抽真空的兩層金屬薄板制成。這種絕熱層結(jié)構(gòu)要占有一定的空間，會對電機的結(jié)構(gòu)、性能和效率產(chǎn)生很大的影響。例如電機轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙的大 小對電機的性能有很大的影響，如果在超導電機的氣隙中還要有絕熱層，處理不好的話會 不得不增加氣隙距離，從而嚴重影響電機的性能。因此如何采用好的絕熱方法也是開發(fā)高 溫超導電機的一個關鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用高溫超導材料高載流能力的特點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效功率輸 出、體積小重量輕的高溫超導電機。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為該高溫超導電機可以是電動機，也可以是發(fā)電機，其結(jié) 構(gòu)主要包括定子、轉(zhuǎn)子以及制冷系統(tǒng)三部分。轉(zhuǎn)子可以是外轉(zhuǎn)子也可以是內(nèi)轉(zhuǎn)子。該電機的 電樞繞組采用高溫超導導線繞制而成，利用高溫超導材料高載流能力和低損耗的特性提高 電機的功率密度，并有效降低銅損耗；電樞繞組為交流繞組，其通過的電流具有交流分量； 該電機的絕熱層設置在電機的外部，電機的轉(zhuǎn)子和定子之間沒有絕熱層或采用室溫熱導率 不大于IOOw/(m*K)的材料，如不銹鋼。所述高溫超導導線是Bi-2223/Ag高溫超導帶材/線材，或者是Bi_2212/Ag高溫 超導帶材/線材，或者是Y-Ba-Cu-O涂層導體。所述電機包括內(nèi)轉(zhuǎn)子電機和外轉(zhuǎn)子電機。內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子在內(nèi)部、高溫超導電 樞繞組在外部；外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子在外部、高溫超導電樞繞組在內(nèi)部。所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機和外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子上有高溫超導導線繞制成的直流勵磁繞組， 或者是永磁磁體；而定子上有高溫超導導線繞制成的交流電樞繞組。該交流電樞繞組的各 線圈均為跑道形，為了避免線圈端部發(fā)生相互干涉，可以采用集中線圈或者嵌套形線圈。所述永磁磁體為釹鐵硼永磁體，或者是鐠鐵硼永磁體，或者是釤鈷永磁體，或者是 鐵氧體永磁體，或者是鋁鎳鈷永磁體，不僅可以獲得較高的氣隙磁密，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生損 耗，工作狀態(tài)穩(wěn)定，故障率低。所述交流繞組中的交流分量的主頻低于50赫茲。所述交流繞組包括帶有磁性齒結(jié)構(gòu)的繞組和帶有非磁性齒結(jié)構(gòu)的繞組。所述交流繞組是分數(shù)槽集中繞組，或者是分數(shù)槽分布式繞組，或者是整數(shù)槽集中 式繞組，或者是整數(shù)槽分布式繞組。所述定子上的定子槽帶有磁性槽楔結(jié)構(gòu)，即定子槽口裝有鐵磁性的槽楔使之成為 閉口槽結(jié)構(gòu)。所述絕熱層為抽真空或填充低溫冷媒的隔熱杜瓦，或者是由超級隔熱材料，或者 是室溫熱導率不大于IOOw/(m*K)的材料，或者是以上幾種結(jié)構(gòu)的結(jié)合。本發(fā)明所涉及的高溫超導電機可以采用整體制冷方案，主要隔熱層安放在電機的 外部。其中超導材料制成的繞組采用接觸制冷，不直接接觸低溫液體，熱量通過金屬結(jié)構(gòu)件 以及鐵芯材料傳導至低溫液體；或者采用浸泡式制冷，即超導繞組直接浸入低溫液體。永磁 材料制作的部分也處于低溫環(huán)境，有利于提高永磁材料的工作性能。本發(fā)明的有益效果為(1)本發(fā)明提供了集中繞組方案和非集中繞組方案，線圈端部均不會出現(xiàn)空間上 的相互干涉現(xiàn)象。
(2)使用低頻交流電，降低了損耗。(3)本發(fā)明提供了一種無磁性齒的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是自場漏磁通小，電樞繞組 載流能力高；另外磁路不受到鐵磁材料磁飽和強度的限制，從本質(zhì)上來說可以在電樞繞組 中鏈接更高的氣隙磁密；本發(fā)明還解決了無磁性齒情況下的超導電樞繞組的固定和支撐問 題。(4)該電機可以有效的提供電機的安全性和穩(wěn)定性，特別適用于風力發(fā)電、船舶和 車輛推進等領域。


圖1為本發(fā)明內(nèi)轉(zhuǎn)子高溫超導電機示意圖圖2為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子高溫超導電機示意圖圖3為一種8極9槽電機的結(jié)構(gòu)簡化示意圖；圖4為具有非等元件式繞組結(jié)構(gòu)的高溫超導電機示意圖；圖5為定子齒槽漏磁通示意圖；圖6為采用非磁性齒的定子局部結(jié)構(gòu)示意圖，此時氣隙主磁通的切向分量會對高 溫超導線圈的載流能力產(chǎn)生較大的抑制；圖7為帶有磁性槽楔的超導定子局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為一種整體制冷的高溫超導電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為一種局部制冷的高溫超導電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為一種8極9槽分數(shù)槽集中式三相繞組交流同步電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為一種整體制冷的外轉(zhuǎn)子高溫超導電機結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標號1-高溫超導電樞繞組；2-定子鐵芯；3-轉(zhuǎn)子；4-隔熱杜瓦；5-低溫冷媒；6_絕熱 力矩管；7_轉(zhuǎn)子軸；8-旋轉(zhuǎn)密封部件；9-低溫冷頭；10-轉(zhuǎn)子磁軛；11-轉(zhuǎn)子磁極；12-氣隙； 13-定子槽；14-定子齒；15-定子磁軛；16-永磁塊；17-磁性槽楔。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種高溫超導電機，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一 步說明。該電機包括內(nèi)轉(zhuǎn)子電機和外轉(zhuǎn)子電機。內(nèi)轉(zhuǎn)子電機如圖1所示，轉(zhuǎn)子3在內(nèi)部、高 溫超導電樞繞組1在外部；外轉(zhuǎn)子電機如圖2所示，轉(zhuǎn)子3在外部，高溫超導電樞繞組1在 內(nèi)部。高溫超導帶材由于自身結(jié)構(gòu)和力學性能的特點，存在一個臨界彎曲半徑，當彎曲 半徑低于這個臨界值時，帶材的電流傳輸能力將大幅度降低。同時高溫超導帶材也很難在 其寬面所在平面內(nèi)進行彎曲。因此應用于電機領域的高溫超導線圈通常采用跑道形結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)形狀上最接近于矩形線圈，同時線圈兩端有圓弧進行過渡，不會出現(xiàn)非常小的彎曲 半徑。本發(fā)明所涉及高溫超導電機的超導電樞繞組采用集中繞組方案，如此每個繞組線圈 均可以使用跑道形線圈，線圈端部不會出現(xiàn)空間上的相互干涉現(xiàn)象。圖3給出了一種8極 9槽電機的結(jié)構(gòu)示意圖，高溫超導電樞繞組1的線圈均勻分布在轉(zhuǎn)子3外圍，各線圈彼此獨立，在空間上不會出現(xiàn)位置的干涉。本發(fā)明所涉及高溫超導電機的超導電樞繞組也可以采用非集中式方案，即分布式 繞組方案。該方案中高溫超導電樞繞組1的線圈節(jié)距大于1，即每個線圈跨過兩個以上的槽 數(shù)。由于高溫超導導線很難在其寬面所在平面內(nèi)彎曲，故線圈的端部很難產(chǎn)生翹曲。如果 采用這種排布方式，相鄰線圈的端部很容易出現(xiàn)空間上的重疊而相互干涉，導致超導電樞 繞組無法裝配。本發(fā)明采用非等元件式繞組結(jié)構(gòu)的方法解決這一問題，如圖4所示，相鄰高 溫超導電樞繞組1的線圈的面積不同，大線圈的端部伸出較遠，從而就可以繞開小線圈的 端部，避免了相鄰線圈之間的空間干涉現(xiàn)象。本發(fā)明所涉及的電機的定子槽13可以有磁性齒，但在這種情況下，齒槽部的自場 漏磁通是需要特別解決的問題，如圖5所示。當前的高溫超導導線對外磁場很敏感，特別對 于高溫超導帶材來說，垂直于帶材寬面的磁場尤其會抑制超導帶材的臨界電流。有磁性定 子齒14的結(jié)構(gòu)比無定子齒結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的自場漏磁通高，相應的，帶材的載流能力也可能有 一定程度的下降。因此為了提高超導電樞繞組的載流能力，其在磁性定子齒14中的擺放位 置需要進行優(yōu)化。本發(fā)明所得優(yōu)選的電樞繞組位置為磁性定子齒頂距超導導線距離0 < d
<8mm,磁性定子齒底距超導導線距離0 < d < 8mm，磁場定子齒邊緣距超導導線距離0 < t
<1cm。超導導線和磁性定子齒之間的空隙需用高導熱材料填充，以作為超導材料的制冷通 路。填充材料可以是銅、鋁、環(huán)氧樹脂、摻氮化鋁環(huán)氧樹脂、摻氧化鋁環(huán)氧樹脂。當高溫超導電樞繞組處于磁性定子齒環(huán)境下時，繞組的自場漏磁通要比在空氣中 大，這樣勢必會對超導線圈的載流能力造成很大的影響。另外，定子鐵芯2的材料一般都是 硅鋼片，這種軟磁材料在低磁場下磁導率較高，但在高磁場下，材料會嚴重飽和，磁導率接 近空氣磁導率。普遍使用的硅鋼片的飽和磁通密度約為2T左右。若是轉(zhuǎn)子采用永磁體或 者常規(guī)磁體勵磁，不會有任何影響。但是如果轉(zhuǎn)子也采用高溫超導線圈，那么氣隙磁密就會 大大增加，可能會達到3T以上，這樣定子鐵芯2會嚴重飽和，影響功率的提升。所以對于超 導電機，無磁性齒的定子鐵芯是應該被考慮的。本發(fā)明所涉及的電機可以采用無磁性齒結(jié) 構(gòu)，如圖6所示。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是自場漏磁通小，電樞繞組載流能力高；另外磁路不受到鐵 磁材料磁飽和強度的限制，從本質(zhì)上來說可以在電樞繞組中鏈接更高的氣隙磁密。本發(fā)明 還解決了無磁性齒情況下的超導電樞繞組的固定和支撐問題。選取在液氮溫度以下仍然有 良好機械性能的無磁性、高熱導率的材料，如鋁、銅等金屬材料，再如環(huán)氧樹脂、玻璃鋼、聚 四氟乙烯等非金屬材料，加工成可以傳統(tǒng)的定子槽結(jié)構(gòu)，再通過低溫膠粘連或者螺釘鉚接 的方法安裝在外圈的硅鋼片上。超導導線則直接繞在該非磁場齒結(jié)構(gòu)上，放置位置盡可能 接近氣隙但不能影響永磁轉(zhuǎn)子的運動。超導導線和支撐結(jié)構(gòu)之間的空隙需用高導熱材料填 充，以作為超導材料的制冷通路。填充材料可以是銅、鋁、環(huán)氧樹脂、摻氮化鋁環(huán)氧樹脂、摻 氧化鋁環(huán)氧樹脂。本發(fā)明所涉及的高溫超導電機由于存在主磁通切向分量，因此會對高溫超導電樞 繞組的載流能力產(chǎn)生不利影響?？梢栽诙ㄗ硬坶_口處加上磁性槽楔17，如圖7所示。磁性 槽楔由摻雜了磁性材料(如鐵粉、鎳粉、氧化鐵粉)的電膠木或者樹脂制成，槽楔整體在電 機工作狀態(tài)下的相對磁導率的范圍為100-10000。磁性槽楔還可以輔助固定高溫超導線圈。本發(fā)明在高溫超導電樞繞組線圈中通入交流電。通?？梢哉J為高溫超導導線在直 流條件下電阻為零，沒有損耗；但其在交流下產(chǎn)生磁滯損耗。單位長度高溫超導導線的損耗功率Q與頻率f成正比，即頻率越高，損耗功率越大。因此想要減小交流損耗，降低電樞繞 組中交流電的頻率是一個可行的途徑。在本發(fā)明中，優(yōu)選的交流電頻率為低于50Hz。本發(fā)明所涉及的高溫超導電機采用整體制冷方案，這對內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子電機都適 用。本發(fā)明的電機中的主要隔熱層安放在電機的外部，這樣可以避免在電機的轉(zhuǎn)子和定子 之間安放隔熱層，或者可以將這部分的隔熱層做得很薄(小于10毫米)，從而使電機氣隙 不必變得太大而影響電機的性能。以內(nèi)轉(zhuǎn)子電機為例，如圖8所示，隔熱杜瓦4位于整機外 圍，為內(nèi)部抽成真空的雙層隔熱殼體；低溫冷媒5和定子鐵芯2直接接觸，從而對高溫超導 電樞繞組1進行制冷；高溫超導電樞繞組1和轉(zhuǎn)子3之間沒有額外的絕熱層或者只有較薄 的超級隔熱材料，這大大降低了高溫超導電機的氣隙，提高氣隙磁密，有利于提高高溫超導 電機的功率密度；絕熱力矩管6起到向轉(zhuǎn)子軸7傳遞力矩、同時減小熱傳遞的作用，可以采 用玻璃鋼材料；絕熱力矩管6和隔熱杜瓦4接觸部位安裝旋轉(zhuǎn)密封部件8，可以采用普通軸 承，考慮到整體制冷時隔熱杜瓦4需要有氣密性，優(yōu)選采用磁流體旋轉(zhuǎn)密封軸承。高溫超導電樞繞組1還可采用接觸制冷，不直接接觸低溫液體，熱量通過金屬結(jié) 構(gòu)件以及鐵芯材料傳導至低溫液體。電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組可以都用高溫超導導線繞 制而成。如果其中勵磁繞組是直流的，則制冷源要盡量靠近交流電樞繞組。這是因為直流 繞組的損耗很低，主要的發(fā)熱部件是交流繞組。如果這一直流勵磁繞組被而永磁材料所代 替，情況仍然類似，這是因為永磁材料的損耗也很低。在這一結(jié)構(gòu)下電機的永磁材料部分也 處于低溫環(huán)境，這還有利于提高永磁材料的工作性能及穩(wěn)定性(這是由于永磁材料在應用 中的一個重要問題就是其性能會隨時間出現(xiàn)退化，環(huán)境溫度越高，退化速度越快)。高溫超 導電樞繞組1還可以單獨置于隔熱杜瓦4中進行制冷，這樣雖然增加了氣隙，但是不會因為 轉(zhuǎn)子3中的額外損耗而增加制冷功耗。以內(nèi)轉(zhuǎn)子電機為例，如圖9所示，隔熱杜瓦4將整個 定子鐵芯2部分密封，轉(zhuǎn)子3在工作時處于常溫狀態(tài)，轉(zhuǎn)子軸7和隔熱杜瓦4的接觸部分采 用普通軸承即可。實施例1 本實施例中，作為絕熱層的隔熱杜瓦4在最外層，轉(zhuǎn)子3為纏繞高溫超導電樞繞組 1的直流勵磁繞組，定子鐵芯2為纏繞高溫超導交流電樞繞組的風力發(fā)電機。具體結(jié)構(gòu)為8 極9槽分數(shù)槽集中式三相繞組結(jié)構(gòu)。定子鐵芯2由硅鋼片制成，有九個定子槽，每個定子槽 內(nèi)安放有兩個不同線圈的導體邊，平行放置。槽口安裝有磁性槽楔結(jié)構(gòu)。每個超導線圈的 節(jié)距都為1，即一個線圈只跨有一個齒，高溫超導電樞繞組1的線圈形狀為跑道型。電機內(nèi) 氣隙主磁通由轉(zhuǎn)子3上的高溫超導電樞繞組1的直流勵磁線圈產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)為凸極 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子線圈固定在非磁性齒結(jié)構(gòu)上。定子磁軛15外部為隔熱杜瓦4，與定子磁軛 15的外壁共同構(gòu)成環(huán)形的密封液氮容器。液氮灌注在整個隔熱杜瓦中，高溫超導電樞繞組 1的熱量通過定子磁軛15、定子鐵芯2和其他熱傳導部件傳遞到液氮中，從而使高溫超導線 圈冷卻。轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)子軸7傳送，轉(zhuǎn)子軸7與外部空氣接觸的部分為普通的金屬 構(gòu)件，在電機內(nèi)部與低溫環(huán)境接觸的部分由玻璃鋼制成，金屬構(gòu)件和玻璃鋼構(gòu)件通過低溫 粘合劑連接。實施例2 本實施例中，作為絕熱層的隔熱杜瓦4在最外層，轉(zhuǎn)子3為永磁體，定子鐵芯2為 纏繞高溫超導交流電樞繞組的發(fā)電機。高溫超導交流電樞繞組中通有IOHz的交流電。具體結(jié)構(gòu)為8極9槽分數(shù)槽集中式三相繞組結(jié)構(gòu)，如圖10所示。定子鐵芯2為硅鋼片制成， 分為定子齒14和定子磁軛15兩部分，共有九個定子槽13，每個定子槽內(nèi)安放有兩個不同線 圈的導體邊，平行放置。定子槽的槽口安裝有磁性槽楔結(jié)構(gòu)。每個高溫超導線圈的跨距都 為1，即一個線圈只跨過一個齒。高溫超導線圈的形狀為跑道型線圈。電機內(nèi)氣隙12的主 磁通由轉(zhuǎn)子3的釹鐵硼永磁體產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子3分為轉(zhuǎn)子磁軛10和轉(zhuǎn)子磁極11兩部分，其結(jié)構(gòu) 為徑向磁通結(jié)構(gòu)。定子磁軛15外部為隔熱杜瓦4，與定子磁軛15外壁共同構(gòu)成環(huán)形的密封 液氮容器。液氮灌注在整個隔熱杜瓦中，高溫超導電樞繞組1的熱量通過定子鐵芯2和其 他熱傳導部件傳遞到液氮中，從而使高溫超導線圈冷卻。轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)子軸7傳送， 轉(zhuǎn)子軸7與外部空氣接觸的部分為普通的金屬構(gòu)件，在電機內(nèi)部與低溫環(huán)境接觸的部分由 玻璃鋼制成，金屬構(gòu)件和玻璃鋼構(gòu)件通過低溫粘合劑連接。實施例3 本實施例中，轉(zhuǎn)子3為永磁體，定子鐵芯2為纏繞高溫超導交流電樞繞組的發(fā)電 機，其基本結(jié)構(gòu)如圖11所示。隔熱杜瓦4位于最外層；高溫超導電樞繞組1位于轉(zhuǎn)子3的 內(nèi)部；定子鐵芯2的內(nèi)部通有低溫冷媒5，可直接通入低溫液體(包括液氦、液氖、液氫、液 氮)，也可以和制冷系統(tǒng)相連；永磁塊16位于氣隙12的外側(cè)，可以采用釹鐵硼永磁體，或者 是釤鈷永磁體，或者是鐵氧體永磁體，或者是鋁鎳鈷永磁體，也可以采用充磁的YBCO高溫 超導塊材。本實例的特點在于，發(fā)電機工作時，只有轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動，隔熱杜瓦4和高溫超導電樞 繞組1均保持靜止，便于對高溫超導線圈進行制冷。實施例4 本實施例中，作為絕熱層的隔熱杜瓦4在最外層，轉(zhuǎn)子3為纏繞高溫超導電樞繞組 1的直流勵磁繞組，定子鐵芯2為纏繞高溫超導交流電樞繞組的船舶推進電動機。電機的基 本結(jié)構(gòu)和實施例3基本相同，只是轉(zhuǎn)子3采用高溫超導線圈代替永磁材料，轉(zhuǎn)子線圈固定在 非磁性齒結(jié)構(gòu)上，氣隙磁通可達1-4T。
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權(quán)利要求
一種高溫超導電機，包括電動機和發(fā)電機，其特征在于，該電機的勵磁繞組或電樞繞組采用高溫超導導線繞制而成；勵磁繞組或電樞繞組為交流繞組，其通過的電流具有交流分量；該電機的絕熱層設置在電機的外部，電機的轉(zhuǎn)子和定子之間沒有絕熱層，或采用厚度小于10毫米、室溫熱導率低于100w/(m*K)的材料制成的絕熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述高溫超導導線是 Bi-2223/Ag高溫超導帶材/線材，或者是Bi-2212/Ag高溫超導帶材/線材，或者是 Y-Ba-Cu-O涂層導體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述電機包括內(nèi)轉(zhuǎn)子電機 和外轉(zhuǎn)子電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機和外轉(zhuǎn)子 電機的轉(zhuǎn)子上有高溫超導導線繞制成的直流勵磁繞組，或者采用永磁磁體；而定子上有高 溫超導導線繞制成的交流電樞繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述永磁磁體為釹鐵硼永 磁體，或者是鐠鐵硼永磁體，或者是釤鈷永磁體，或者是鐵氧體永磁體，或者是鋁鎳鈷永磁 體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述交流繞組中的交流分 量的主頻低于50赫茲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述交流繞組包括帶有磁 性齒結(jié)構(gòu)的繞組和帶有非磁性齒結(jié)構(gòu)的繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述交流繞組是分數(shù)槽集 中繞組，或者是分數(shù)槽分布式繞組，或者是整數(shù)槽集中式繞組，或者是整數(shù)槽分布式繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述定子上的定子槽帶有 磁性槽楔結(jié)構(gòu)，即定子槽口裝有鐵磁性的槽楔使之成為閉口槽結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫超導電機，其特征在于，所述電機采用整體制冷方 案，主要隔熱層安放在電機的外部，隔熱層為抽真空的隔熱杜瓦，或者是超級隔熱材料，或 者是室溫下熱導率不大于IOOw/(m*K)的材料，或者是以上幾種結(jié)構(gòu)的結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機技術(shù)領域，特別涉及一種高溫超導電機。該電機包括電動機和發(fā)電機，其電樞繞組采用高溫超導導線繞制而成，通過的電流具有交流分量；該電機的絕熱層設置在電機的外部，電機的轉(zhuǎn)子和定子之間沒有絕熱層或采用厚度小于10毫米的的絕熱層。本發(fā)明提供了集中繞組方案和非集中繞組方案，線圈端部均不會出現(xiàn)空間上的相互干涉現(xiàn)象；使用低頻交流電，降低了損耗；該電機可以有效的提供電機的安全性和穩(wěn)定性，特別適用于風力發(fā)電、船舶和車輛推進等領域。
文檔編號H02K3/02GK101951128SQ20101027356
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者宋彭, 瞿體明, 韓征和, 顧晨 申請人:清華大學